磁気圏尾部構造のモデリングとプラズマ波動伝搬の研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05640487
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大村 善治 京都大学, 超高層電波研究センター, 助教授 (50177002)
• Keywords: シミュレーション / レイトレイシング / プラズマ波動 / リコネクション / MHD / 磁気圏 / 波動伝搬 / GEOTAIL

Research Abstract

磁気圏尾部におけるプラズマ密度と磁場のモデルを作成するためにMHDシミュレーションを行い、この数値モデルに基いてUHR波、ホイッスラーモード波、LHR波、アルフベン波等の電磁波のレイトレイシングを行った。先ず、MHDシミュレーションでは、磁気圏尾部における磁気リコネクションの過程を再現して、その非線形過程における代表的な磁場及びプラズマの構造に対して上記のレイトレイシングを行い、これらの波動伝搬特性を明らかにした。磁気リコネクションを再現するMHDシミュレーションでは、異常電気抵抗を電流の関数として仮定してリコネクションを引き起こしている。そこで、その異常電気抵抗の大きい領域を波動の発生領域と過程して、存在可能なプラズマの各モードに対して、あらゆる伝搬角およぎ周波数を初期値として多数のレイトレイシングを実行し、プラズマ波動の空間分布を表すレイ分布を求めた。さらに、人工衛星の軌道を想定して衛星のプラズマ波動観測器で得られる波動スペクトルのシミュレーションを行い、実際のGEOTAIL衛星で得られた波動スペクトルとの比較を行い、プラズマ波動観測を基にして磁気圏尾部の空間構造を推定することを試た。
また、電磁波の発生にはプラズマの温度異方性が必要であることから、磁気リコネクション過程におけるイオンの速度分布関数の変化を求めるためにハイブリッドコードによるシミュレーションも行った。この結果、磁気リコネクションに伴いX点の近傍に、イオンの温度異方性が現れることが明らかになった。
以上のシミュレーション結果のデータ解析およびグラフィック出力には、設備備品として購入したXターミナルが極めて有効に利用された。

Research Products

• [Publications] Y.Omura and J.L.Green: "Plasma Wave Signature in the Magnetotail Reconnection Region:MHD Simulation and Ray Tracing" Journal of Geophysical Research. 98. 9189-9199 (1993)
• [Publications] A.L.Brinca,Y.Omura and H.Matsumoto: "Linear Coupling Effects Originated in Electron Nongyrotropy" Journal of Geophysical Research. 98. 21071-21076 (1993)